DE2363328C3

DE2363328C3 - Process for the production of good electrically conductive and mechanically relatively strong composite materials made of aluminum

Info

Publication number: DE2363328C3
Application number: DE19732363328
Authority: DE
Inventors: Masataka; Takahashi Toshio; Arita Kishio; Yamauchi Goro; Kubo Shugo; Tokaimura Ibaraki Hirai (Japan)
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1977-11-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch gut leitfähigen und mechanisch relativ festen Verbundwerkstoffen, die 0,01 bis 0,2% Aluminiumoxid dispergiert in Aluminium enthalten.The invention relates to a method for the production of electrically well conductive and mechanically relatively solid composites containing 0.01-0.2% alumina dispersed in aluminum.

Aluminium-Aluminiumoxid-Dispersionsprodukte werden zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit von Aluminium und als gesinterte Aluminiumprodukte (S.A.P.) eingesetzt. Ferner sind zahlreiche Aluminiumlegierungen als leitende Aluminiumwerkstoffe bekannt, z. B. Aluminium-Zirkonium- und Aluminium-Eisen-Silicium-Legierungen. Die mechanische Festigkeit der Al-AhCh-Dispersionspiudukte ist, verglichen mit Aluminium für elektrische Zwecke (Reinheitsgrad 99,65%), außerordentlich verbessert, wobei die Festigkeit mit steigendem Aluminiumoxid-Gehalt (7 bis 13Gew.-%) zunimmt. Durch den Einbau des Aluminiumoxids in die jedoch eine Zugfestigkeit, die unter 20 kp/mm^: liegt und für viele Zwecke ungenügend ist.Aluminum-alumina dispersion products are used to improve the mechanical strength of aluminum and as sintered aluminum products (SAP). Furthermore, numerous aluminum alloys are known as conductive aluminum materials, e.g. B. aluminum-zirconium and aluminum-iron-silicon alloys. The mechanical strength of the Al-AhCh dispersion products is extremely improved compared with aluminum for electrical purposes (degree of purity 99.65%), the strength increasing with increasing aluminum oxide content (7 to 13% by weight). Due to the incorporation of the aluminum oxide, however, a tensile strength that is below 20 kp / mm ^: and is insufficient for many purposes.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zurThe object of the invention is to provide a method for

Herstellung leitender Verbundwerkstoffe auf Basis vonManufacture of conductive composites based on

Al-Al₂O3-Dispersionen zu schaffen, die hohe elektrischeAl-Al ₂ O3 dispersions create high electrical power

Leitfähigkeit, überlegene mechanische Festigkeit undConductivity, superior mechanical strength and

gute Hitzebeständigkeit besitzen.have good heat resistance.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch gut leitfähigen und mecha-The invention relates to a process for the production of electrically highly conductive and mechanical

nisch relativ festen Verbundwerkstoffen, die 0,01 bis 0,2% Aluminiumoxid dispergiert in Aluminium enthalten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Aluminiumpulver oder niedrig-legierte Aluminiumlegierungen in Pulverform, die Silicium, Zirkonium, Titan und/oderrelatively strong composite materials containing 0.01 to 0.2% aluminum oxide dispersed in aluminum, which is characterized in that aluminum powder or low-alloy aluminum alloys in Powder form containing silicon, zirconium, and / or titanium

Mangan unterhalb ihrer Löslichkeitsgrenze im Aluminium enthalten, nämlich höchstens 1,65% Silicium, 0,28% Zirkonium, 1,0% Titan und 1,8% Mangan, mit der üblichen Aluminiumoxidoberfläche und einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 100 μίτι gepreßt und ^crManganese contained in aluminum below its solubility limit, namely a maximum of 1.65% silicon, 0.28% Zirconium, 1.0% titanium and 1.8% manganese, with the usual aluminum oxide surface and a medium one Particle size from 30 to 100 μίτι pressed and ^ cr

ίο erhaltene Preßkörper 30 bis 90 Minuten lang bei vermindertem Druck oder in einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre bei Temperaturen von 660 bis 700° C erhitzt wird.ίο obtained compacts for 30 to 90 minutes reduced pressure or in a reducing or inert atmosphere at temperatures from 660 to 700 ° C is heated.

Die erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoffe besitzen eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 58,0 bis 64,0% IACS, die der von Aluminium für elektrische Zwecke nahekommt. Außerdem besitzen sie hohe mechanische Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit. The composite materials produced according to the invention have an electrical conductivity in the range from 58.0 to 64.0% IACS, which approximates that of aluminum for electrical purposes. Besides, they own high mechanical strength, especially tensile strength.

}o Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe kann man Aluminium oder niedrig-legierte Aluminiumlegierungen aus Aluminium und geringeren Mengen der genannten oxydierbaren Metalle in feinpulverisierter Form einsetzen. Die Pulverteilchen} o For the production of the composite materials according to the invention one can use aluminum or low-alloy aluminum alloys made of aluminum and lower Use quantities of the oxidizable metals mentioned in finely powdered form. The powder particles

besitzen eine oberflächliche blättrige Oxidschicht von etwa 100 Ä Dicke, die sich beim Pulverisieren ausbildet und als feinverteilte Dispersionsphase genutzt werden kann. Aluminiumpulver mit einer Oberflächenoxidschicht von weniger als etwa 100 Ä läßt sich leicht durchhave a superficial, flaky oxide layer about 100 Å thick, which is formed during pulverization and can be used as a finely divided dispersion phase. Aluminum powder with a surface oxide layer less than about 100 Å passes easily

Al-AhOrDispersionsprodukte wird jedoch deren elek- 40 übliche Zerstäubung herstellen.Al-AhOrDispersionsprodukte will, however, produce their usual electrical atomization.

trische Leitfähigkeit gegenüber Aluminium für elektrische Zwecke außerordentlich erniedrigt.Trical conductivity compared to aluminum for electrical purposes is extremely low.

Metallisches Aluminium hat eine dem Kupfer vergleichbare Leitfähigkeit, jedoch ist seine mechanische Festigkeit sehr gering. Andererseits besitzen zahlreiche Aluminiumlegierungen hohe mechanische Festigkeit, doch ist ihre Leitfähigkeit im Vergleich zu Aluminium sehr niedrig. Die elektrische Leitfähigkeit von Leitaluminium wird als Prozentsatz in bezug auf die elektrische Leitfähigkeit von geglühtem Kupfer ausgedrückt und gewöhnlich in IACS-Prozentzahlen angegeben. Die Leitfähigkeit von Reinaluminium beträgt 35% IACS, so daß eine Leitfähigkeit um diesen Bereich erforderlich ist. Gleichzeitig soll die mechanische Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit, bei etwa 20 bis 30 kp/mm² liegen.Metallic aluminum has a conductivity comparable to that of copper, but its mechanical strength is very low. On the other hand, many aluminum alloys have high mechanical strength, but their conductivity is very low compared to aluminum. The electrical conductivity of conductive aluminum is expressed as a percentage of the electrical conductivity of annealed copper and is usually expressed in IACS percentages. The conductivity of pure aluminum is 35% IACS, so conductivity around this range is required. At the same time, the mechanical strength, in particular the tensile strength, should be around 20 to 30 kp / mm ² .

So werden in der »Zeitschrift für Metallkunde«. Band 52 (1961), Seiten 645-651, und insbesondere auf Seite 649, Abbildung 9, mit der dazugehörigen Beschreibung, verschiedene Sorten von S,A.P.-Aluminium (w beschrieben. Es wird ausgeführt, daß die elektrische Leitfähigkeit von S.A.P.-Aluminium linear mit abnehmendem Oxidgehalt zunimmt. Durch lixtrapolieren aus der genannten Literaturstelle läßt sich entnehmen, daß ein S.A.P. Aluminium mit einem Gehalt von 0,01 bis (>s 0,2% Aluminiumoxid eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 35 m/Ohm ■ mm< besitzt, die ungefähr 60% IACS entspricht. Dieses bekannte S.A.P.-Aluminium besitvi Erfindungsgemäß entsteht ein leitender Al-Al₂Oj-Dispersions-Verbundwerkstoff, der blättriges bzw. schuppiges Aluminiumoxid von etwa 2 Mikron und mit einer Dicke von weniger als etwa 100 Ä im Metallgefüge dispergiert enthält.So are in the "Zeitschrift für Metallkunde". Volume 52 (1961), pages 645-651, and in particular on page 649, Figure 9, with the associated description, various grades of S, AP-aluminum (w described. It is stated that the electrical conductivity of SAP-aluminum is linear By lixtrapolating from the cited reference it can be seen that a SAP aluminum with a content of 0.01 to (> 0.2% aluminum oxide has an electrical conductivity of about 35 m / ohm · mm <, which According to the invention, a conductive Al-Al ₂ Oj dispersion composite material is formed which contains flaky aluminum oxide of about 2 microns and a thickness of less than about 100 Å dispersed in the metal structure .

Bei dem beschriebenen Erhitzen des Preßkörpers schmilzt das Aluminium, wobei gleichzeitig die die Aluminiumteilchen bedeckende Aluminiumoxidschicht zerspringt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminium etwa fünfmal so groß ist wie der von Aluminiumoxid. Die Teilchen der zerplatzten Aluminiumoxidschicht werden im Aluminium dispergiert und füllen den Zwischenraum zwischen benachbarten Aluminiumteilchen aus, so daß ein integrierter Körper von hoher mechanischer Festigkeit entsteht. Während dieses Vorgangs ändert sich die Form des Aluminiumpreßkörpers nicht.When the pressed body is heated as described, the aluminum melts, and at the same time the The aluminum oxide layer covering aluminum particles cracks. This is due to the fact that the thermal expansion coefficient of aluminum is about five times that of aluminum oxide. The particles of the burst aluminum oxide layer are dispersed in the aluminum and fill the Gap between adjacent aluminum particles, so that an integrated body of high mechanical strength arises. During this process, the shape of the aluminum compact changes not.

In bekannten Verfahren der Aluminiumpulvermetallurgie wird der Preßkörper bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes gesintert, so daß ein dichter und duktiler Körper mit erhöhter Bindungsfestigkeit zwischen benachbarten Teilchen entsteht. In bekannten Verfahren zur Herstellung Al-Al^Oi-dispersionsverstärkter Produkte war es daher erforderlich, die Aluminiumoxidsuiicfit durch Einwirkung mechanischer Kräfte, :'.. B. durch Druckanwendung während der Sinterung oder durch Strangpressen des Materials inIn known processes of aluminum powder metallurgy the compact is sintered at temperatures below the melting point, so that a dense and ductile bodies with increased bond strength between neighboring particles are created. In known Process for the production of Al-Al ^ Oi-dispersion-reinforced It was therefore necessary to make the aluminum oxide suicfit by the action of mechanical products Forces,: '.. B. by applying pressure during sintering or by extrusion of the material into

heißem Zustand, aufzubrechen. Im Gegensatz dazu erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, die Aluminiumteilchen miteinander zu verbinden und gleichzeitig das Aluminiumoxid fein und gleichförmig im Aluminium zu dispergieren, indem man den Preßkörper für kurze Zeit bei Temperaturen oberhalb des Aluminiumschmelzpunktes erhitzt. Der Aluminiumoxidgehalt im Al-AbO3-Produkt läßt sich darüber hinaus durch geeignete Wahl der Teilchengröße c<es durch Zerstäuben hergestellten Aluminiumpulvers kontrollie· ren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Herstellung von Al-AbCh-Dispersionsverbundwerkstoffen mit einem Aluminiumoxidgehalt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%, da die beim Zerstäuben entstehende, die Aüuminiumteilchen bedeckende Aluminiumoxidschicht als Dispersionsphase im Aluminium wirksam eingesetzt werden kann.hot state to break open. In contrast, it allows the inventive method, the Aluminum particles to bond together and at the same time the aluminum oxide is fine and uniform in the To disperse aluminum by placing the compact for a short time at temperatures above the Aluminum melting point heated. The aluminum oxide content in the Al-AbO3 product can also be increased by suitable choice of the particle size c <es through Control the atomization of the produced aluminum powder Manufacture of Al-AbCh dispersion composites with an aluminum oxide content of 0.01 to 0.2% by weight, since the resulting from atomization, the Aluminum oxide layer covering aluminum particles is effectively used as a dispersion phase in aluminum can be.

In F i g. 1 ist die Beziehung zwischen der Schüttdichte von Aluminiumpreßkörpern, die bei verschiedenen Preßdrücken hergestellt wurden, und der Erhitzungstemperatur dargestellt Die Schüttdichte wird jeweils nach dem Erhitzen bestimmt.In Fig. 1 is the relationship between the bulk density of aluminum compacts obtained in various Compression molding were produced, and the heating temperature represented. The bulk density is each determined after heating.

In F i g. 2 ist die Zugfestigkeit und Hitzebeständigkeit erhitzter Preßkörper, die aus Aluminiumpulvern von verschiedener Teilchengröße hergestellt wurden, gra- 2 s phisch dargestellt.In Fig. 2 is the tensile strength and heat resistance of heated compacts made from aluminum powders of different particle sizes were produced, gra- 2 s phically represented.

In F i g. 1 wird die Schüttdichte (in g/cm³) von Preßkörpern wiedergegeben, die bei Preßdrücken von 0,5 bis 3 t/cm² erhalten und anschließend 1 Stunde bei einem Druck von 1 χ 10-² Torr und bei Temperaturen von 550 bis 700⁰C erhitzt wurden. Die Dichte des Aluminiums beträgt 2,70 g/cm³, sein Schmelzpunkt beträgt 660°C. Aus Fig. 1 geht hervor, daß bei Temperaturen unterhalb des Aluminiumschmelzpunktes keine Dichtezunahme des Preßkörpers unabhängig vom Preßdruck zu beobachten ist, während bei Temperaturen oberhalb des Aluminiumschmelzpunktes die Dichte unabhängig vom Preßdruck zunimmt. Es wurde auch gefunden, daß sich die Form und die Dimensionen des Preßkörpers nach 0,5- bis l,5stündigern Erhitzen bei Temperaturen von 660 bis 700° C nicht verändern. Bei einem Erhitzen bei einer Temperatur von 720⁰C verformt sich der Preßkörper. Der nach dem Verfahren der Erfindung erhitzte Preßkörper zeigt im Gegensatz zu bekanntem, gesintertem Material einen Verformungsbruch. Bei Verwendung von Aluminiumlegierungen mit einem geringen Gehalt an anderen Legierungselementen führt man vorzugsweise das Erhitzen bei etwa 10 bis 20⁰C niedrigeren Temperaturen durch als bei Aluminiumpulverpreßkörpern, da der Schmelzpunkt der Legierung etwas niedriger liegt.In Fig. 1, the bulk density (in g / cm ³⁾ is reproduced from compacts to 3 the t at pressing pressures of 0.5 / cm was obtained ² and then for 1 hour at a pressure of 1 χ 10- ² Torr and at temperatures of 550-700 ⁰ C were heated. The density of the aluminum is 2.70 g / cm ³ , its melting point is 660 ° C. From Fig. 1 it can be seen that at temperatures below the aluminum melting point no increase in density of the pressed body can be observed independently of the pressing pressure, while at temperatures above the aluminum melting point the density increases independently of the pressing pressure. It has also been found that the shape and the dimensions of the pressed body do not change after heating for 0.5 to 1.5 hours at temperatures of 660 to 700.degree. In a heating at a temperature of 720 ⁰ C, the pressed body is deformed. The pressed body heated according to the method of the invention shows, in contrast to known, sintered material, a deformation fracture. When using aluminum alloys with a low content of other alloying elements, the heating is preferably carried out at about 10 to 20 ^° C. lower temperatures than with aluminum powder compacts, since the melting point of the alloy is somewhat lower.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird überraschenderweise ein Metallprodukt mit hoher Dichte durch Erhitzen von verdichtetem Aluminiumpulver bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Aluminiums, d.h. von 66O⁰C, erhalten. Die Form und die Dimension des verdichteten Aluminiumpulvers ändern sich selbst nach dieser Hitzebehandlung bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Aluminiums praktisch nicht, wobei es jedoch wesentlich ist, daß die angegebenen Temperaturen von 660 bis 700° C eingehalten werden.In the inventive method it is surprisingly a metal product having a high density by heating of compacted aluminum powder at a temperature above the melting point of aluminum, ie, from ⁰ 66o C, was obtained. The shape and the dimensions of the compacted aluminum powder practically do not change even after this heat treatment at a temperature above the melting point of the aluminum, although it is essential that the specified temperatures of 660 to 700 ° C. are maintained.

Beim Erhitzen bei einer Temperatur über 66O⁰C liegt eine flüssige Al-Phase vor, und bei einer Temperatur unter 700⁰C schmilzt das verdichtete Aluminiumpulver <\s noch nicht. Daher ist der angegebene Temperaturbereich von wesentlicher Bedeutung.When heated at a temperature above 66O ⁰ C a liquid Al phase is present, and at a temperature below 700 ⁰ C the compacted aluminum powder <\ s does not yet melt. Therefore the specified temperature range is essential.

Die Zugabe von Legierungskomponenten wird den Schmelzpunkt des Aluminiums erniedrigen. Da jedoch die zugefügte Menge gering ist, wird der Schmelzpunkt um ungefähr 10⁰C erniedrigt werden. Die Legierungselemente des peritektischen Systems, wie Zr oder Ti, bewirken oft, daß der Schmelzpunkt des Aluminiums erhöht wird. Man kann nicht annehmen, daß ein Oxid wie AI2O3, das in dem Aluminium nicht löslich ist, den Schmelzpunkt des Aluminiums ändern wird.The addition of alloy components will lower the melting point of the aluminum. However, since the amount added is small, the melting point will be lowered ^{by about 10 ° C.} The alloying elements of the peritectic system, such as Zr or Ti, often have the effect of increasing the melting point of the aluminum. One cannot assume that an oxide like Al2O3, which is not soluble in the aluminum, will change the melting point of the aluminum.

Das Erhitzen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise bei verminderten Drücken im Bereich von IO-⁴ bis 10-² Torr durchgeführt jedoch kann das Erhitzen auch in einer reduzierenden Atmosphäre, z. B. in Wasserstoff, oder einer Inertgasatmosphäre erfolgen. Beim Erhitzen in einer derartigen Atmosphäre kann die Ausbildung der Aluminiumoxidschicht auf dem Preßkörper wirksam unterdrückt werden. Gleichzeitig gelingt es, die zum Erhitzen erforderliche Zeit abzukürzen. Um einen Al-AbOj-Dispersions-Verbundwerkstoff von hoher Dichte zu erhalten, wendet man vorzugsweise Drücke von weniger als to-² Torr an. Bei dem Erhitzen des Preßkörpers unter diesen Bedingungen bewirkt die flüssige Aluminiumphase eine größere Dichtezunahme des behandelten Materials. Das Ausmaß der Druckerniedrigung während des Erhitzens ist nicht kritisch, jedoch kann zum selben Zweck auch der Preßdruck erhöht werden, wie aus F i g. 1 hervorgeht.The heating is however preferably in the inventive process at reduced pressures in the range of IO ⁴ to 10- ² Torr, the heating may also be in a reducing atmosphere, eg. B. in hydrogen, or an inert gas atmosphere. When heated in such an atmosphere, the formation of the aluminum oxide film on the compact can be effectively suppressed. At the same time, it is possible to shorten the time required for heating. To obtain an Al-AbOj dispersion composite material of high density to apply pressures at preferably less than ² Torr to-. When the compact is heated under these conditions, the liquid aluminum phase causes the treated material to increase in density to a greater extent. The extent to which the pressure is lowered during heating is not critical, but the pressing pressure can also be increased for the same purpose, as shown in FIG. 1 shows.

Bei der Untersuchung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Al-AbCh-Dispersions-Verbundwerkstoffs mit dem Elektronenmikroskop zeigt sich, daß die Dispersionsphase weniger als etwa 2 μηι Durchmesser aufweist und gleichförmig dispergiert ist. Der erhitze Verbundwerkstoff eignet sich daher zum kontinuierlichen Drahtziehen. Es lassen sich vor allem sehr feine Drähte ziehen, da das Aluminium durch das feinverteilte Aluminiumoxid verstärkt ist Beim Ziehen durch mehrere Ziehsteine mit einer Querschnittsverminderung von 20 bis 25% und einem Innendurchmesser von 18 bis 0,06 mm erhält man einen Feindraht mit einem Durchmesser von 60 μηι, wobei das Material kontinuierlich gezogen und nicht zwischen geglüht wird. Der Gesamtzugfaktor beträgt 99,998%. Der leitende Verbundwerkstoff läßt sich auch zu einem Draht von 20 μιη Durchmesser ausziehen.When examining the Al-AbCh dispersion composite material produced by the method according to the invention with the electron microscope shows that the dispersion phase is less than about 2 μm Has diameter and is uniformly dispersed. The heated composite material is therefore suitable for continuous wire drawing. Above all, very fine wires can be drawn, as the aluminum passes through the Finely divided aluminum oxide is reinforced when drawing through several drawing dies with a reduction in cross section from 20 to 25% and an inside diameter of 18 to 0.06 mm, a fine wire is obtained with a diameter of 60 μm, the material being drawn continuously and not being annealed between. The total pull factor is 99.998%. The conductive composite can also be made into a wire of Pull out 20 μm diameter.

Die durch Zerstäuben erhaltenen Aluminiumpulverteilchen weisen üblicherweise eine Aluminiumoxidschicht von etwa 100 A Dicke auf. Unter der Annahme kugelförmiger Aluminiumteilchen errechnet sich der Aluminiumoxidgehalt des Al-AbOß-Dispersions-Verbundwerkstoffs nach folgender Gleichung:The aluminum powder particles obtained by atomization usually have an aluminum oxide layer about 100 Å thick. Assuming spherical aluminum particles, the is calculated Aluminum oxide content of the Al-AbOß dispersion composite according to the following equation:

40
Al₂O₃ (Gew.-%) = jj 40
Al ₂ O ₃ (wt%) = jj

(r-0,01)·(r-0.01)

■- 1■ - 1

Die Dichte des Aluminiums wird hierbei zu 2,7 g/cm³ und die Dichte des Aluminiuinoxids zu 4,0 g/cm' angenommen; γ bedeutet den Teilchenradius. Bei Aluminiumteilchen mit einer Teilchengröße von 44 μιη beträgt der Aluminiumoxidgehalt des Al-A^Oj-Dispersions-Verbundwerkstoffs z. B. nach vorstehender Gleichung 0,2%. Die chemische Analyse ergibt in diesem Fall einen Gehalt von 0,18%. Die chemische Analyse ist hierbei mit einem Fehler von ±5 bis 10% behaftet, so daß aus diesem Ergebnis geschlossen werden kann, daß sich der Gehalt des im Aluminium dispergierten Aluminiumoxids über die Teilchengröße des Aluminiumpulvers einstellen läßt.The density of the aluminum is ^{assumed to be 2.7 g / cm 3} and the density of the aluminum oxide to be 4.0 g / cm '; γ means the particle radius. In the case of aluminum particles with a particle size of 44 μm, the aluminum oxide content of the Al-A ^ Oj-dispersion composite is z. B. 0.2% according to the above equation. The chemical analysis in this case shows a content of 0.18%. The chemical analysis is subject to an error of ± 5 to 10%, so that it can be concluded from this result that the content of the aluminum oxide dispersed in the aluminum can be adjusted via the particle size of the aluminum powder.

In Tabelle 1 sind die elektrische Leitfähigkeit, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung verschiedener, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Al-Al2O3-Dispersions-Verbundwerkstoffe wiedergegeben, die aus vier verschiedenen AluminiumpulverprobenIn Table 1 are the electrical conductivity that Tensile strength and elongation at break of various manufactured according to the method according to the invention Al-Al2O3 dispersion composites reproduced, those from four different aluminum powder samples

table

mit einer Teilchengröße von 100 bis 30 μπι hergestellt wurden. Zum Vergleich sind auch die entsprechenden Ergebnisse für Leitaluminium sowie eine Al-Zr-Legierung für elektrische Zwecke angegeben.produced with a particle size of 100 to 30 μm became. The corresponding results for conductive aluminum and an Al-Zr alloy are also provided for comparison indicated for electrical purposes.

Proben 1Samples 1

IMIN THE

IVIV

E-AlE-Al

Al-ZrAl-Zr

Mittlere Teilchengröße (μπι)Mean particle size (μπι)

AIK)3-Gehait (%)AIK) 3-salary (%)

Leitfähigkeit (% IACS)Conductivity (% IACS)

Unmittelbar nach dem Erhitzen Nach 1 stündigem Glühen bei 400*CImmediately after heating After annealing at 400 ° C for 1 hour

Zugfestigkeit (kp/mm²)Tensile strength (kp / mm ² )

Unmittelbar nach dem Erhitzen Nach 1 stündigem Glühen bei 230^cCImmediately after heating After annealing at 230 ^c C for 1 hour

Bruchdehnung (%)
Unmittelbar nach dem Erhitzen Nach 1 stündigem Glühen bei 230^cCElongation at break (%)
Immediately after heating After annealing at 230 ^c C for 1 hour

100
0,02100
0.02 95
0.0695
0.06 81
0,1281
0.12 44
0,244
0.2 —- —- 63.2
64,163.2
64.1 61,7
63.261.7
63.2 60,5
62.360.5
62.3 563
583563
583 62,4
63,862.4
63.8 583583 19.5
17.219.5
17.2 223
18.7223
18.7 24.8
20,024.8
20.0 29,7
25,029.7
25.0 183
14,0183
14.0 19,1
18,019.1
18.0 3,0
2,53.0
2.5 3,0
2.53.0
2.5 3.0
2.53.0
2.5 3,0
2.53.0
2.5 ZOZO 2323

Die Ergebnisse zeigen, daß die elektrische Leitfähigkeit sowohl direkt nach dem Erhitzen als auch nach 1 stündigem Glühen bei 400° C mit der mittleren Teilchengröße des Aluminiumpulvers zunimmt, da kleine Mengen Aluminiumoxid gleichförmig im Aluminium dispergiert werden. Die Zugfestigkeit des Materials ist der einer 0,1 bis 0.2% Zirkonium enthaltenden Al-Zr-Legierung vergleichbar oder sogar überlegen.The results show that the electrical conductivity both immediately after heating and after annealing at 400 ° C for 1 hour with the middle one Particle size of aluminum powder increases because small amounts of aluminum oxide are uniform in aluminum be dispersed. The tensile strength of the material is that of 0.1-0.2% zirconium Al-Zr alloy comparable or even superior.

Es ist bekannt, daß die Zugfestigkeit von SAP 865. das 13.5% AI₂O₃ enthält. 35 kp/mm^: beträgt, dagegen die von reinem Aluminium 18,5kp/mm^:. Die Zugfestigkeit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundmaterials beträgt überraschenderweise 29.7 kp/mm^:. Es war überraschend und hat nicht nahegelegen, daß das erfindungsgemäße Material eine so hohe Zugfestigkeit hat Würde man die Zugfestigkeit des aus der »Zeitschrift für Metallkunde«. Band 52 (1961). Seiten 645-651, bekannten Materials, das 02% Aluminiumoxid enthält berechnen, so würde man auf einen Wert von 18.74 kp/mm^: kommen, einen Wert, der um 0.24 kp/mm³ höher wäre als der Wert von reinem Aluminium, der 183 kp/mm^: beträgt. Wie bereits oben ausgeführt, besitzt dagegen das erfindungsgemäß hergestellte Material eine wesentlich höhere Zugfestigkeit. It is known that the tensile strength of SAP 865 contains 13.5% Al ₂ O ₃ . 35 kp / mm ^: is, on the other hand that of pure aluminum 18.5 kp / mm ^:. The tensile strength of the composite material produced by the process according to the invention is surprisingly 29.7 kp / mm ^:. It was surprising and not obvious that the material according to the invention has such a high tensile strength if one would get the tensile strength from the "Zeitschrift für Metallkunde". Volume 52 (1961). Pages 645-651, calculate known material that contains 02% aluminum oxide, one would arrive at a value of 18.74 kp / mm ^: a value that would be 0.24 kp / mm ³ higher than the value of pure aluminum, the 183 kp / mm ^: is. As already stated above, on the other hand, the material produced according to the invention has a significantly higher tensile strength.

In F i g. 2 ist die Hitzebeständigkeit des Ai-AL-O₃-DiS-persions-Verbundwerkstoffs anhand der Zugfestigkeii einiger Proben nach istündigem Glühen bei Temperaturen bis zu 23O^rC graphisch dargestellt und mit der einer Ai-Zr-Legierung als bekanntem Leitmaterial mit hoher Hitzebeständigkeit verglichen. Auf der Ordinate ist Jo aufgetragen, d. h. die Differenz zwischen den Zugfestigkeiten der erfindungsgemäßen Proben und der Al-Zr-Legierung: In Fig. 2, the heat resistance of the Ai-AL-O ₃ -DiS-persions composite material is shown graphically based on the Zugfestigkeii some samples after istündigem annealing at temperatures up to 23O ^r C and Zr Ai-alloy as compared to a known conductive material with high heat resistance with a . Jo is plotted on the ordinate, ie the difference between the tensile strengths of the samples according to the invention and the Al-Zr alloy:

Jo = ai—oAi — ZrJo = ai oAi - Zr

wobei ; die Probennummer bedeutet. D:e die Ordinate im Punkt 0 schneidende, unierbrochene Linie stellt die Zugfestigkeit der bei verschiedener. Temperaturen geglühten Ai-Zr-Legierung dar. Aus F i e. 2 geht hervor. daß die Zugfestigkeiten der Proben 111 und IV größer sind als die der Al-Zr-Legierung bei beliebigen Glühtemperaturen. im Falle der Proben 1 und II ist die Zugfestigkeii großer als die der M-Zr-Legierung bei Glühtemperaturen von 150 bis 180⁰C und kleiner aJs die der Al-Zr-Legierung bei Glühtemperaturen von 180 bis 300⁰C.whereby ; the sample number means. D: e uninterrupted line intersecting the ordinate at point 0 represents the tensile strength of the various. Temperatures annealed Ai-Zr alloy. From F i e. 2 emerges. that the tensile strengths of samples 111 and IV are greater than those of the Al-Zr alloy at any annealing temperatures. in the case of Samples 1 and II is the large Zugfestigkeii than that of the M-Zr alloy at annealing temperatures of 150 to 180 ⁰ C and less AJS which the Al-Zr alloy at annealing temperatures from 180 to 300 ⁰ C.

Der Aluminiumoxidgehalt liegt in den erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoffen im Bereich von 0,01 bis 02%. Um Verbundwerkstoffe mit einem Aluminiumoxidgehalt unterhalb 0,01 % zu erhalten, muß die Teilchengröße des zerstäubten Aluminiums erhöht werden. Bei zu großen Teilchengrößen der Aluminiumteilchen wird jedoch die Dispersion Jes Aluminiumoxids beeinträchtigt. Um andererseits Verbundwerkstoffe mit Aluminiumoxidgehalten oberhalb 02% zu erhalten, wählt man zerstäubtes Aluminium von äußerst kleiner Teilchengröße. Dessen Herstellung ist jedoch nicht wirtschaftlich und vergleichsweise schwierig. Ein weiterer Grund für die Beschränkung des Aluminiumoxidgehalts liegt darin, daß üblicherweise keine Notwendigkeit zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Verbundwerkstoffs auf Kosten der Leitfähigkeit besteht Die Aluminiumteilchen können natürlich als Gemisch aus Teilchen mit verschiedenen Größen eingesetzt werden.The aluminum oxide content in the composite materials produced according to the invention is in the range of 0.01 to 02%. In order to obtain composite materials with an aluminum oxide content below 0.01%, must the particle size of the atomized aluminum can be increased. If the particle sizes of the aluminum particles are too large however, the dispersion of the alumina is adversely affected. To the other hand, composites with To obtain aluminum oxide contents above 02%, extremely small particle size atomized aluminum is chosen. Its manufacture, however, is not economically and comparatively difficult. Another reason to limit the alumina content is that usually there is no need to increase the tensile strength of the composite The aluminum particles can of course be used as a mixture of particles with different sizes can be used.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.The examples illustrate the invention.

example 1

Eine Aluminiumlegierung mit 0,05% Silicium, 0,15% Eisen und geringen Mengen Kupfer sowk anderer Metalle wird durch Zerstäuben pulverisiert 200 g des erhaltenen Pulvers werden in einem zylindrischen Gummibehälter eingefüllt, der hierauf wasserdicht verschlossen wird. Das Pulver wind dann mit einer ; hydrostatischen Presse oder einer Kautschukpresse unter einem Druck von 3 t/cm² gepreßt Der erhaltene Preßkörper wird in Stücke von 230 bis 260 mm Durchmesser und etwa 145 mm Länge geschnitten, die anschließend in einen Vakuumglühofen gebracht werden. Dort werden die Proben 1 Stunde bei 1 χ 10 ~² Torr auf 690" C erhitzt Die Proben besitzen danach ihre ursprüngliche Form und weisen eine Schüttdichte von 2.7 g'cm^; sowie einen Aluminiumoxidgehalt von 0,02% auf. Anschließend schält man die Oberflächenschicht des wärmebehandelten Preßmaterials ab und formt dieses zu Stäben von !S mm Durchmesser, die dann gezogen werden. Beirr, Ziehen werden die Proben zunächst mit Kaitkaliberwalzen bis zu einer Diagonal-An aluminum alloy with 0.05% silicon, 0.15% iron and small amounts of copper and other metals is pulverized by atomization. 200 g of the powder obtained are poured into a cylindrical rubber container, which is then sealed in a watertight manner. The powder then winds with one; hydrostatic press or a rubber press under a pressure of 3 t / cm ^{2. The} pressed body obtained is cut into pieces 230 to 260 mm in diameter and about 145 mm in length, which are then placed in a vacuum annealing furnace. There, the samples are for 1 hour at 1 10 ~ χ ² Torr to 690 "C The samples then heated possess their original shape and have a bulk density of 2.7 ^g'cm; and an alumina content of 0.02% to is then peels the surface layer. of the heat-treated molding material and shapes it into bars of! S mm in diameter, which are then drawn.

länge von 8 mm ausgewalzt und dann durch Ziehmairizen gezogen. Der Drahidurchmesser wird dann mil Hilfe eines Grobzugs von 8 mm auf 3 mm erniedrigt und schließlich mit Hilfe einer EinUopf-Ziehbank von 3 mm auf 0,65 mm erniedrigt. Die Querschnittsverminderung pro Durchgang beträgt 15 bis 25%. Die Ziehgeschwindigkeit in der Einkopf-Ziehbank beträgt 10 m/min.length of 8 mm rolled out and then by pulling out drawn. The wire diameter is then reduced from 8 mm to 3 mm with the aid of a coarse pull finally with the help of a single-head draw bench of 3 mm decreased to 0.65 mm. The reduction in cross-section per passage is 15 to 25%. The pull speed in the single-head drawing bench is 10 m / min.

Das auf diese Weise hergestellte Leiterdraht weist ohne Zwischenglühen eine elektrische Leitfähigkeit von 62,0% IACS auf. Die Zugfestigkeit beträgt 20 kp/mm- und die an einem 250 mm langen Draht gemessene Bruchdehnung beträgt 3%. Nach 1 stündigem Glühen des Drahts bei 23O⁰C beträgt die Zugfestigkeit 17 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%. Ein Draht von 0,65 mm Durchmesser kann bei der angegebenen Querschnittsverminderung pro Durchgang kontinuierlich zu einem Draht von 60 μπι Durchmesser gezogen werden.The conductor wire produced in this way has an electrical conductivity of 62.0% IACS without intermediate annealing. The tensile strength is 20 kp / mm- and the elongation at break measured on a 250 mm long wire is 3%. After 1 hour, annealing the wire at 23O ⁰ C the tensile strength is 17 kgf / mm ² and the elongation at break of 3%. A wire with a diameter of 0.65 mm can be drawn continuously to a wire with a diameter of 60 μm with the specified reduction in cross section per passage.

Example 2>

Eine Aluminiumlegierung mit 0,06% Silicium, 0,1% Eisen, 0,012% Titan, 0,007% Vanadium, 0,0015% Mangan und einer Spur Kupfer wird zu einem Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 54 μιη zerstäubt. Hierauf preßt man das erhaltene Pulver gemäß Beispiel 1 in einer Gummtpresse und unterwirft den Preßkörper einem 1 stündigen Erhitzen bei 690⁰C und einem Druck von 10~² Torr. Die erhaltene Probe wird dann gemäß Beispiel 1 gezogen. Der auf diese Weise hergestellte Leiterdraht weist einen Aluminiumoxidgehalt von 0,18% und eine Leitfähigkeit von 59,0% IACS auf. Ein durch Kaltziehen aus diesem Material hergestellter Draht besitzt eine Zugfestigkeit von 30 kp/mm² und bei einer Drahtlänge von 250 mm eine Bruchdehnung von 3%. Nach 1 stündigem Glühen dieses Drahtes bei 23O⁰C beträgt die Zugfestigkeit 26 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%. An aluminum alloy with 0.06% silicon, 0.1% iron, 0.012% titanium, 0.007% vanadium, 0.0015% manganese and a trace of copper is atomized to a powder with an average particle size of 54 μm. Then it is pressed, the powder obtained according to Example 1 in a Gummtpresse and subjecting the compact to a 1-hour heating at 690 ⁰ C and a pressure of 10 ^-2 Torr. The sample obtained is then drawn according to Example 1. The conductor wire produced in this way has an aluminum oxide content of 0.18% and a conductivity of 59.0% IACS. A wire produced from this material by cold drawing has a tensile strength of 30 kp / mm ² and, with a wire length of 250 mm, an elongation at break of 3%. After 1 hour annealing said wire at 23O ⁰ C the tensile strength is 26 kgf / mm ² and the elongation at break of 3%.

Beispiel 3Example 3

Eine Aluminiumlegierung mit 0,3% Silicium wird als zerstäubtes Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 92 μπι gemäß Beispiel 1 zur Herstellung eines AI-A!zO3-Dispersions-Verbundwerkstoffs verwandt. Das erhaltene Material weist einen Aluminiumoxidgehalt von 0,08% und eine Leitfähigkeit von 57,0% IACS auf. Die Zugfestigkeit beträgt 38 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%. Nach 1 stündigem Erhitzen bei 230⁰C beträgt die Zugfestigkeit 26 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%.An aluminum alloy with 0.3% silicon is used as an atomized powder with an average particle size of 92 μm according to Example 1 for the production of an Al-A! ZO3-dispersion composite material. The material obtained has an aluminum oxide content of 0.08% and a conductivity of 57.0% IACS. The tensile strength is 38 kp / mm ² and the elongation at break is 3%. After 1 hour of heating at 230 ^° C., the tensile strength is 26 kp / mm ² and the elongation at break is 3%.

Beispiel 4Example 4

Reinaluminiumpulver mit einer mittleren Teilchen größe von 81 μπι, das durch Zerstäuben hergestellt worden ist, wird mit einer Gummipresse bei 3 t/cm² gepreßt. Das Preßmaterial wird dann 1 Stunde an der Luft bei 690⁰C erhitzt und hierauf zu Stäben von 18 mm Durchmesser geformt, die schließlich gemäß Beispiel 1 zu Drähten von 0,65 mm Durchmesser kaltgezogen werden. Din Probe weist einen Aluminiumoxidgehalt von 0,12% und eine Leitfähigkeit von 61,9% IACS auf. Die Zugfesiigkeit beträgt 13,1 kp/inin² und die Bruchdehnung 2%. Nach 1 stündigem Glühen bei 230⁰C beträgt die Zugfestigkeit 1! kp/mm² und die Bruchdehnung 2%. Pure aluminum powder having an average particle size of 81 μπι which has been prepared by sputtering, is pressed with a rubber press at 3 t / cm ^2. The molding material is heated then for 1 hour in air at 690 ⁰ C and then molded into bars of 18 mm diameter which are finally cold-drawn as in Example 1 to wires of 0.65 mm diameter. The sample has an alumina content of 0.12% and a conductivity of 61.9% IACS. The Zugfesiigkeit is 13.1 kgf / inin ² and the elongation at break of 2%. After annealing at 230 ^° C. for 1 hour, the tensile strength is 1! kp / mm ² and the elongation at break 2%.

Example 5

Reinaluminiumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 81 μιη, das durch Zerstäuben hergestellt worden ist, wird mit einer Gummipresse unter einem Druck von 3 l/cm² gepreßt. Das Preßmaterial wird dann in einem mit Argon gefüllten Ofen eingefüllt, 1 Stunde bei 690⁰C erhitzt und dann gemäß Beispiel 1 zu einem Feindraht von 0,65 mm Durchmesser gezogen. Die Probe weist einen Aluminiumoxidgehalt von 0,12% und eine Leitfähigkeit von 62,7% IACS auf. Die Zugfestigkeit beträgt 15,0 kp/mm² und die Bruchdehnung 2,5%. Nach 1 stündigem Glühen bei 230°C beträgt die Zugfestigkeit 12,5 kp/mm² und die Bruchdehnung 2,5%.Pure aluminum powder with a mean particle size of 81 μm, which has been produced by atomization, is pressed ^{with a rubber press under a pressure of 3 l / cm 2.} The molding material is then introduced into an argon-filled furnace, heated for 1 hour at 690 ⁰ C, and then drawn in accordance with Example 1 to form a fine wire of 0.65 mm diameter. The sample has an alumina content of 0.12% and a conductivity of 62.7% IACS. The tensile strength is 15.0 kp / mm ² and the elongation at break is 2.5%. After annealing for 1 hour at 230 ° C., the tensile strength is 12.5 kp / mm ² and the elongation at break is 2.5%.

Be i s ρ i e 1 6Be i s ρ i e 1 6

Durch Zerstäuben hergestelltes Reinaluminiumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 81 μιτι wird mit einer Gummipresse unter einem Druck von 3 t/cm² gepreßt. Das Preßmaterial wird dann in einen mit Wasserstoff gefüllten Ofen eingefüllt und 1 Stunde bei 690⁰C erhitzt. Die erhaltene Probe wird dann zu Stäben von 18 mm Durchmesser geformt und schließlich gemäß Beispiel 1 zu Drähten von 0,65 mm Durchmesser kalt gezogen. Die Probe weist einen Aluminiumoxidgehalt von 0,12% und eine Leitfähigkeit von 62,5% IACS auf. Die Zugfesiigkeit beträgt 19,5 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%. Nach 1 stündigem Glühen bei 230⁰C beträgt die Zugfestigkeit 16,5 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%.Pure aluminum powder produced by atomization with an average particle size of 81 μm is pressed with a rubber press under a pressure of 3 t / cm ² . The molding material is then introduced into a hydrogen-filled oven and heated for 1 hour at 690 ⁰ C. The sample obtained is then shaped into rods with a diameter of 18 mm and finally cold-drawn according to Example 1 to give wires with a diameter of 0.65 mm. The sample has an alumina content of 0.12% and a conductivity of 62.5% IACS. The tensile strength is 19.5 kp / mm ² and the elongation at break is 3%. After annealing at 230 ^° C. for 1 hour, the tensile strength is 16.5 kp / mm ² and the elongation at break is 3%.

Example 7

Verschiedene durch Zerstäuben hergestellte Reinaluminiumpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 100 μπι (80 g), 90 μπι (60 g) bzw. 60 μιη (60 g) werden in einem Pulvermischer gemischt und dann in einer Gummipresse unter einem Druck von 3 t/cm² gepreßt Das Preßmaterial wird dann in einem Ofen bei 10-^; Torr erhitzt und schließlich zu einen Feindraht von 0,65 mm gezogen. Die Probe weist einen Aluminiumoxidgehalt von 0,06% und eine Leitfähigkeit von 60,0% IACS auf. Die Zugfestigkeit beträgt 22,5 kp/mm² und die Bruchdehnung 3%. Nach 1 stündigem Glühen bei 23O⁰C beträgt die Zugfestigkeit 19,5 kp/mm² und die Bruch- Various μπι (80 g) by sputtering pure aluminum powder produced having an average particle size of 100, 90 μπι (60 g) and 60 μιη (60 g) are mixed in a powder mixer, and then t in a rubber press under a pressure of 3 / cm ² The pressing material is then pressed in an oven at 10- ^; Torr heated and finally drawn into a fine wire of 0.65 mm. The sample has an alumina content of 0.06% and a conductivity of 60.0% IACS. The tensile strength is 22.5 kp / mm ² and the elongation at break is 3%. After 1 hour annealing at 23O ⁰ C the tensile strength is 19.5 kgf / mm ² and the fracture

dehnung 3%.elongation 3%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Claim:

Process for the production of electrically good conductive and mechanically relatively strong: "'rbundwerkstoffe containing 0.01 to 0.2% Alur mmoxid dispersed in aluminum, characterized in that aluminum powder or low-alloy aluminum alloys in powder form, the silicon, zirconium, Contains titanium and / or manganese below their solubility limit in aluminum, namely a maximum of 1.65% silicon, 0.28% zirconium, 1.0% titanium and 1.8% manganese, with the usual aluminum oxide surface and an average particle size of 30 to 100 μηι pressed and the pressed body obtained is heated for 30 to 9Ü minutes at reduced pressure or in a reducing or inert atmosphere at temperatures of 660 to 700 ⁰ C.